英国助推量子技术商业化

近日，英国研究与创新署(UKRI)公布了一项赞助金额高达600万英镑的研究项目，该项目共包含16个子项，涉及气候监测、信息加密传输等诸多领域，旨在以量子技术改善人类的生活，并为部分传统行业带来一场根本性的技术革命。除了立项时的理念，同样引人注目的还有项目所涉及到的技术亮点——新型光电子组件的研发与光量子集成电路的设计。

量子科学作为新兴的前沿交叉学科，主要包括量子计算、量子通信以及量子测量等三大核心领域，在数据加密传输、光子芯片设计以及高精度探测等应用环境下都有着极为出色的表现。虽然有着广阔的应用前景，但至今为止仍未有一款基于量子技术的民用商品面世。而UKRI此次所资助的项目，正是一次将量子技术带入现实生活并进行商业化开发的全新尝试。

UKRI相关负责人在采访中表示，该项目仅仅是英国政府在量子技术开发和商业化应用方面所做布局的冰山一角：这一点可追溯到不久之前，英国政府曾为开发量子技术拨出了高达10亿英镑的高额款项。UKRI希望可以通过这个项目的努力，推动量子技术在英国的落地，尤其是在加密通信技术、新型成像技术、传感以及量子计算技术等方面。

UKRI曾就此项资助决定在公开场合宣布：“基于量子技术开发技术在前期几轮融资后打下的坚实基础，此项目下属16个子项均有了进军市场的宝贵机遇，在打开市场后，这些项目将作为一个创新的契机，以点带面，带动更多相关的技术落地市场。”除了开辟新的市场，UKRI也希望借此机会向世界展示英国在量子科技领域强大的技术实力，量子技术商业化部门总监Roger McKinlay谈到：“从温室气体的治理、新型安全数字系统的开发到新型导航系统的设计，这16个项目正使英国处于新兴量子产业的前沿。我十分期待这些项目在18个月后的进展表现。”

亮点技术1：关键光电子组件的研发

对关键光电子组件进行研发设计的计划从数量上来说，几乎占据了整个项目的半壁江山。这里对最具代表性的新型激光雷达研发计划进行详细介绍：该项技术由总部位于英国南部布里斯托尔的QLM技术公司研制，新型的单光子激光雷达可以对温室气体（包括二氧化碳及甲烷等气体）进行快速且精确的探测成像，相较于传统技术来说，新型单光子激光雷达能够更加有效地识别和解决温室气体泄露及排放过度的问题。

据悉，在此项目的资助下，QLM技术公司将与谢菲尔德大学的研究团队进行合作，研发一种基于AlGaAsSb材料的雪崩光电二极管(APD)，该APD将会被用于激光器相机的改造优化方案中，增加对甲烷等气体监测的精度。

QLM技术公司的负责人在谈到基于量子技术新型APD的应用时，强调了持续性监控在激光雷达性能选项中的重要性：“甲烷等危险气体在大气中的泄露量要达到近零水平，就需要长时监测以保证安全”。新型的量子激光雷达相机在立项时就确定了极高的水准，相较于常见应用于气体监测的差分吸收激光雷达(DIAL)，该雷达将以更低的制造成本，更轻便的运输方式以及更精准的测量结果达到领跑行业的“黄金标准”。

新型的量子激光雷达将能够在直径为200 m的范围内，对浓度分布在100~150000 ppm的气体实现可踪迹的定量监测，而用户只需要通过配套的观测软件，就可以在10 s内获得在该区域内气体浓度的“热图”，通过该“热图”，用户将能够及时了解有害气体泄露的状况。

在UKRI所资助的项目中，与新型量子激光雷达类似，需要对关键光子组件进行开发设计的还有由国家物理实验室(NPL)负责的“Q-Pods”计划。该项目专注于量子系统封装设计时光电模块的开发设计，作为多个量子科技项目中均有所涉及的基础通用器件，该项目旨在研发热稳定性及机械性能更佳的光电器件，以从成本、尺寸、重量以及功耗等方面对传统设计方案进行优化。此外，比较有代表性的还有旨在设计高性能、紧凑、可靠纠缠光子光源的“PADME”计划。

亮点技术2：光量子电路集成技术

与关键光电器件的研发不同，有部分研究单位选择了与光子电路集成相关的研究方向进行攻关。例如成立刚满十周年的弗劳恩霍夫应用光子学中心（CAP），就在光子芯片设计、新型光源开发等方面下足了功夫。

据悉，CAP将分别参与由Alter Technology TUV Nord和Cold Quanta所主导新型光源的研发设计工作，以期开发出新型紧凑、耐用以及稳定的激光器，使得量子技术得以在较为恶劣，以及复杂多变的环境中部署。

除此之外，CAP还将以合作者的身份参与另外两项研究中：一是应用于多应用环境下密钥分发的解决方案；二是应用于小型卫星量子通信方案中，纠缠光子源的演示设计。

由剑桥大学部分教授带头创办的Nu Quantum公司，则主导了“美杜莎”计划，该计划旨在针对实际的计算需求，开发最新的光量子集成电路技术，该计划同时也得到了牛津大学以及通信行业巨头思科公司的支持。同样是由剑桥大学衍生出的公司，Wave Photonics主导了“光量子集成电路封装(QPICPAC)”的工作，该工作旨在开发一种光子芯片的封装流程标准规范，以期快速且高效地对光量子电路进行工业级的封装。

根据UKRI公布的资料显示，Cold Quanta公司也将联手ORCA Computing公司及思科公司，开发一套冷原子量子存储系统，以期搭建出一个激光冷却光子信息存储系统，进一步开拓基于冷原子的量子计算方法，加大对于数据处理工作的支撑力度，最终为系统搭建出可供个人及企业用户使用的接口，从而实现商业化的愿景。

自公布之日起，UKRI对该项目的资助决定就引起了量子科学领域诸多研究人员的关注。该项目以商业化的思维将常人难以触及的尖端科研技术带到了现实世界中，尽管此次投资存在着一定的技术与市场风险，但UKRI从极大程度上顺应了产学研相结合的时代趋势，并将在未来为其他新兴技术的落地成长提供一个值得借鉴的模式。UKRI的相关负责人还在报道中提到：“随着量子技术相关的新型产品进入市场，相关的公司也将因此被凝聚、连接起来，共同为英国量子技术网络本土化构建和成长的事业添砖加瓦。”

发布日期：2022年6月29日

来源：蓝海长青智库

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